Causes et réduction de la dérive de long terme des capteurs de courant

La dérive à long terme des capteurs de courant fait référence à la variation progressive de leurs caractéristiques de mesure au fil du temps, même en l'absence de changements dans les conditions de fonctionnement. Ce phénomène est commun à tous les capteurs électroniques et peut affecter la précision des mesures dans les systèmes critiques.

Causes principales de la dérive à long terme

Vieillissement des composants :

Les matériaux et composants électroniques utilisés dans les capteurs (comme les résistances, les amplificateurs opérationnels ou les circuits magnétiques) se dégradent avec le temps, ce qui modifie leurs caractéristiques électriques.

Effets thermiques :

Les cycles thermiques (répétitions de chauffage et de refroidissement lors des variations de charge ou de l'environnement) provoquent :

- Une dilatation et une contraction des matériaux.

- Des changements dans les propriétés des noyaux magnétiques ou des shunts résistifs.

- Des altérations dans les connexions soudées (phénomène de fatigue thermique).

Effets magnétiques résiduels :

Pour les capteurs de courant basés sur des principes magnétiques

(comme les transformateurs de courant ou les capteurs à effet Hall),

une magnétisation résiduelle du noyau peut apparaître à cause de :

- De courants transitoires élevés (surtensions).

- Une exposition à des champs magnétiques externes forts.

Facteurs environnementaux :

- Humidité : Peut provoquer de la corrosion ou des fuites électriques dans les composants.

- Vibrations : Affectent les connexions physiques ou mécaniques.

- Pollution chimique : Peut dégrader les matériaux du capteur.

Manifestations de la dérive à long terme

Diminution de la précision :

Le capteur peut afficher des valeurs erronées ou décalées par rapport à la vraie valeur du courant.

Modification de la sensibilité :

La relation entre le signal de sortie et le courant d'entrée peut changer avec le temps.

Offset résiduel :

Un décalage dans la mesure est souvent observé, même lorsque le courant réel est nul.

Évolution de la linéarité :

Le capteur peut devenir non linéaire, entraînant des erreurs accrues à des niveaux de courant spécifiques.

Dérive à long terme selon le type de capteur de courant

• Capteurs à effet Hall :

  Les capteurs à effet Hall, qui mesurent le courant via un champ magnétique, peuvent présenter une dérive de leur sensibilité due à la magnétisation résiduelle du noyau ou à des variations dans l'électronique associée.

  
  

• Shunts résistifs :

  Les shunts résistifs, utilisés pour mesurer le courant via une chute de tension, peuvent voir leur résistance augmenter légèrement à cause de l'oxydation ou de la fatigue thermique.

  
  

• Transformateurs de courant (TC) :

  Les transformateurs de courant peuvent présenter une dérive de leur rapport de transformation due au vieillissement des bobinages ou à l'altération des propriétés magnétiques du noyau.

Quantification de la dérive

La dérive à long terme dans les capteurs de courant est un paramètre qui peut être déroutant et trompeur. Il est donné comme un paramètre typique dans les fiches techniques, mais peut entraîner des limitations de précision importantes dans le système.

Contrairement à la précision initiale, où un étalonnage unique peut être utilisé pour éliminer ces erreurs, les tentatives de réduction de la dérive de long terme nécessitent un étalonnage fréquent du système. Cela peut être à la fois long et coûteux.

Par conséquent, il est important de comprendre l'importance de la dérive à long terme

La plupart des fiches techniques spécifient la dérive à long terme en ppm/1 000 heures.

1 000 heures équivalent à 41,5 jours, et dans un an, il y a 8 766 heures.

Par conséquent, si un capteur est spécifié pour changer de 70 ppm/1 000 heures,

cela signifie-t-il qu'en un an, elle changera de 613 ppm ?

Non, ce n'est pas le cas. Il s'agit d'une erreur courante qui est commise en lisant uniquement la fiche technique sans comprendre ce qu'est réellement la dérive à long terme.

Le graphique suivant montre les courbes typiques de dérive d'un capteur de courant.

La tension de sortie a été enregistrée toutes les heures pendant 1 000 heures dans un environnement contrôlé à une température de 50°C.

Comme le montre le graphique, au cours des 200 premières heures, il y a beaucoup de mouvement dans le signal de sortie.

Après ce mouvement initial, il y a très peu de changement du signal au cours des 800 dernières heures.

Au cours des 1000 heures suivantes, la variation est normalement de moins d'un quart de celle des 1000 premières heures.

Cette tendance se poursuit, le changement étant une division approximative par quatre par rapport à la période précédente.

Les changements du signal de sortie suivent un modèle aléatoire et ne peuvent pas être prédits, de sorte que la sortie peut changer positivement au cours de la première période, mais négativement au cours de la seconde.

À retenir :

• 70 ppm/1 000 heures ne signifie pas que le capteur changera de 613 ppm sur un an,

mais il changera plutôt dans une zone de 140 ppm/an.

• La dérive de long terme est un phénomène aléatoire, donc si le signal commence dans une direction, cela ne signifie pas qu'il continuera dans cette direction.

Comment réduire les effets de la dérive à long terme :

• Étalonner le système après 200 heures de fonctionnement, ce qui élimine les changements les plus importants.

• Faire un vieillissement accéléré durant 96 heures à température maximum,

pour éliminer les défauts de jeunesse et stabiliser le capteur.

(l'ensemble des capteurs de courant à effet Hall Sensilec subissent cette phase de déverminage accélérée)

Gamme de capteurs de courant